CN113324443B - 一种带有梢部扰流组件的边条舵气动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，包括舵面，所述舵面的平均气动弦长大于所述舵面的舵面展长，且所述舵面梢弦长大于所述舵面根弦长；所述舵面的舵面前缘前掠，所述舵面的舵面后缘后掠；所述舵面的梢部设置有扰流组件。本发明在展向尺寸受到限制的条件下，可以提高俯偏舵效和滚转舵效，降低阻力，改善飞行器的分离安全性及升阻力特性等。

Description

一种带有梢部扰流组件的边条舵气动装置
技术领域
本发明涉及飞行器外形设计领域，具体地，涉及一种带有梢部扰流组件的边条舵气动装置。
背景技术
随着技术的发展，飞行器的机动性和航程等主要性能均需要得到提升，同时各种不同的起飞或发射方式对飞行器的分离安全性有较高要求。在很多条件下，飞行器的展向尺寸受到限制会导致飞行器舵面空间不足，进而影响到飞行器的操纵效率，使飞行器的俯仰、偏航、及副翼舵效均不足，飞行器的舵面设置在飞行器后部时还带来稳定性问题，飞行器的操纵效率不足导致飞行器机动性能下降，滚动控制困难，难以满足高机动要求；飞行器的稳定性不足导致飞行器在与载具或助推器分离时存在安全性风险。
申请号为CN201811018473.9的专利公开了一种导弹折叠舵面纵向展开机构，包括折叠舵面和固定舵面；所述折叠舵面根弦前缘伸出舵柄，舵柄上设有转轴孔，转轴孔安装轴承；所述转轴孔与轴承外圈配合，所述轴承的内圈与心轴配合；所述折叠舵面通过心轴及轴承与固定舵面连接，所述折叠舵面可绕心轴向前折叠至尾舱表面；所述折叠舵面在折叠状态时，安装于尾舱内部的拔销器插入折叠舵面前缘方形槽中，锁定折叠舵面；在折叠舵面与固定舵面之间连接有一根拉伸弹簧，当拔销器解锁后，折叠舵面在拉伸弹簧作用下旋转展开到位，并由安装在固定舵面内部的到位锁锁定。本发明实现了大展弦比舵面，小直径弹体的舵面折叠展开功能。
上述申请中的发明采用折叠舵方案可以有效扩大飞行器的舵面空间，突破展向空间的约束，解决飞行器舵效不足的问题，化解飞行器分离稳定性不足带来的安全性风险。但折叠舵方案使舵面系统复杂程度增加，在舵面展开时，还存在展开的同步性问题，可能会带来较大的滚动干扰力矩和偏航干扰力矩，对控制系统的设计带来挑战，若干扰力矩过大，有可能会导致飞行器失控。同时，折叠方式必然在内外两片舵面之间和折叠机构处存在缝隙，导致“漏气”，会使飞行器的舵面操纵效率降低，削弱了折叠舵扩充展向尺寸带来的舵效增益，而且，折叠机构往往带来额外的凸起物，带来额外的阻力，降低飞行器的航程。此外，折叠转轴及折叠机构相互之间的配合必然存在一定间隙，在外界载荷的作用下会产生轻微晃动，极端情况下有可能带来结构破坏的风险，例如共振情况下。
发明内容
针对现有技术中的在展向尺寸受限的情况下不能兼顾飞行器的机动性和分离安全性，俯仰、偏航、及副翼舵效不足的问题，本发明的目的是提供一种带有梢部扰流组件的边条舵气动装置。
根据本发明提供的一种带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，包括舵面，所述舵面的平均气动弦长大于所述舵面的舵面展长，且所述舵面梢弦长大于所述舵面根弦长；所述舵面的舵面前缘前掠，所述舵面的舵面后缘后掠；所述舵面的梢部设置有扰流组件。
优选的，所述舵面的前缘前掠角及后缘后掠角均不小于20°，且不大于45°。
优选的，所述舵面的前缘前掠角及后缘后掠角均为30°。
优选的，所述舵面的舵面根弦处的厚度大于所述舵面的舵面梢弦处的厚度，且所述舵面梢弦处的厚度不包括所述扰流组件的厚度。
优选的，所述扰流组件沿所述舵面梢弦方向布置且凸出于所述舵面。
优选的，所述扰流组件在所述舵面梢弦处双侧或单侧凸出于所述舵面。
优选的，所述扰流组件设置为条形状。
优选的，所述扰流组件在垂直于所述舵面根弦方向的横截面形状为多边形。
优选的，所述扰流组件在垂直于所述舵面根弦方向的横截面形状为“工”形，或“凹”形。
优选的，所述扰流组件一体成型设置在所述舵面上。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过优化舵面外形的分布，将舵面形状布置为边条形，在有限的空间内尽可能地增加了舵面上的可用气动力，并通过调整前后缘形状及角度，使前缘前掠角和后缘后掠角均不小于20°，减少了气流的三维效应，从而提高舵面的操纵效率，以满足大机动飞行对舵面操纵效率的需求；
2、本发明通过合理的平面面积分布，舵面前缘前掠且舵面后缘后掠，使得舵面压心外移，增大了副翼效率，有效缓解了小展弦比舵面副翼操纵效率不足的问题；
3、本发明在作为尾舵使用时，能够有效提高整体布局的稳定性，梢部扰流组件可进一步增加舵面可用气动力，增加舵面上的有效气动力和舵效，改善分离安全性，同时能够减少能量耗散，降低飞行阻力的同时改善飞行器在亚/跨声速段飞行时的升力特性；
4、本发明所述舵面外形不需采用折叠舵方案，避免了展开同步性、阻力增大，间隙振动等问题；
5、本发明所述带有梢部扰流组件的边条舵，采用根弦较厚，梢弦较薄的截面设计，同时采用沿梢弦方向布置且在厚度方向上突出于梢弦的具有多边形截面的条形扰流组件，使得本发明所述带有梢部扰流组件的边条舵可以比常规的无梢部扰流组件的边条舵面更薄，迎风面积更小，舵面阻力更小，将舵面做成根部厚梢部薄的形状，厚度分布更加合理，进一步降低阻力。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请发明的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置的主视图；
图2为本申请发明的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置的侧视图。
图中显出：
舵面1
舵面展长2
舵面梢弦长3
舵面前缘4
舵面后缘5
舵面梢弦6
舵面根弦7
扰流组件8
前缘前掠角9
后缘后掠角10
舵面根弦长11
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提出的一种带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，参照图1和图2，其特点在于，包括舵面1，舵面1的平均气动弦长大于舵面1的舵面展长2，即舵面展弦比小于1，具体舵面梢弦长3、舵面根弦长11及舵面展长2可根据实际情况确定，本实施例中的展弦比为0.5，在展向空间受限严重的情况下，展弦比可以更小，例如，展弦比可以设置为0.3。本发明中，平均气动弦长为舵面梢弦长3和舵面根弦长11的平均数。
舵面1的舵面前缘4前掠，舵面1的舵面后缘5后掠，舵面1的前缘前掠角9和后缘后掠角10均不小于20°，且不大于45°，可根据情况取20°，25°、27°、30°甚至40°等，本实施例中的前缘前掠角9和后缘后掠角10均为30°，如此排布平面形状，导致舵面1的舵面梢弦长3度大于舵面根弦长11，整个舵平面形状呈倒梯形，改善了舵面1的分布，增加了舵面1的面积，增大了作用于舵面1上的气动力，改善了舵效不足的问题。在作为尾舵使用时，可有效减小飞行器的静不稳定性，减少分离安全性问题。同时使舵面1的压心向梢部方向移动，增大了相对于舵面1根部和飞行器轴线的力臂，提高了舵面1在滚转方向的操纵效率，解决了小展弦比飞行器副翼效率不足的问题。
舵面1的梢部设置有条形或修正的条形扰流组件8，本实施例中的扰流组件8设置为条形状，扰流组件8沿舵面梢弦6方向布置且凸出于舵面1，起到扰流作用，根据实际需要，可在前后缘对扰流组件8进行修正。扰流组件8可有效增加舵面1迎风面与背风面的压力差，增大作用于舵面1上的气动力，从而有利于增加舵效，在作为尾舵使用时，可进一步减小飞行器整体的静不稳定性，同时扰流组件8可减弱舵梢涡，减少能量耗散，降低舵面1阻力。扰流组件8从整体上改善舵面1的升阻力特性并减少洗流对本发明所述舵面1所处位置的下游可能存在的翼面或舵面的影响。
舵面根弦7处的厚度大于舵面梢弦6处的厚度，此处舵面梢弦6处的厚度不包括扰流组件8的厚度，扰流组件8在垂直于舵面1方向上的尺寸大于舵面梢弦6处的厚度，此处舵面梢弦6处的厚度不包括扰流组件8的厚度。本实施例中将扰流组件8做成垂直于舵面1的薄片状，更加有利于减少迎风面积，减少扰流组件8带来的阻力，由于边条具有一定的结构加强作用，本发明所述带有梢部扰流组件8的边条舵，可以比常规的无梢部扰流组件8的边条舵面更薄，迎风面积更小，舵面1阻力更小，将舵面1做成根部厚梢部薄的形状，厚度分布更加合理，进一步降低阻力。
扰流组件8在垂直于舵面根弦7方向的横截面形状设置为多边形，此处的多边形可以为矩形，或经倒角处理的矩形，或三角形，或经倒角处理的三角形，或三角形与矩形组成的尖顶五边形，或倒角处理后的上述五边形。扰流组件8在垂直于舵面根弦7的方向的横截面形状为设置为“工”形或“凹”形，根据实际需要来选择。
本发明通过优化舵面1的外形的分布，在有限的空间内尽可能地增加了舵面1上的可用气动力，并通过调整前后缘形状及角度，减少了气流的三维效应，从而提高了舵面1的操纵效率，以满足大机动飞行对舵面操纵效率的需求。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，其特征在于，包括舵面(1)，所述舵面(1)的平均气动弦长大于所述舵面的舵面展长(2)，且所述舵面梢弦长(3)大于所述舵面根弦长(11)；
所述舵面(1)的舵面前缘(4)前掠，所述舵面(1)的舵面后缘(5)后掠；
所述舵面(1)的梢部设置有扰流组件(8)；
所述舵面(1)的舵面根弦(6)处的厚度大于所述舵面(1)的舵面梢弦(7)处的厚度，且所述舵面梢弦(6)处的厚度不包括所述扰流组件(8)的厚度；
所述扰流组件(8)沿所述舵面梢弦(6)方向布置且凸出于所述舵面(1)。
2.如权利要求1所述的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，其特征在于，所述舵面(1)的前缘前掠角(9)及后缘后掠角(10)均不小于20°，且不大于45°。
3.如权利要求2所述的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，其特征在于，所述舵面(1)的前缘前掠角(9)及后缘后掠角(10)均为30°。
4.如权利要求1所述的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，其特征在于，所述扰流组件(8)在所述舵面梢弦(6)处双侧或单侧凸出于所述舵面(1)。
5.如权利要求1所述的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，其特征在于，所述扰流组件(8)设置为条形状。
6.如权利要求1所述的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，其特征在于，所述扰流组件(8)在垂直于所述舵面根弦(7)方向的横截面形状为多边形。
7.如权利要求1所述的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，其特征在于，所述扰流组件(8)在垂直于所述舵面根弦(7)方向的横截面形状为“工”形，或“凹”形。
8.如权利要求1所述的带有梢部扰流组件的边条舵气动装置，其特征在于，所述扰流组件(8)一体成型设置在所述舵面(1)上。
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